Synergistic Structural Alignment and Interfacial Switching Enable Fast and Low–Energy Water Release in Solar–Driven Atmospheric Water Harvesting

材料科学 润湿 解吸 微型多孔材料 水分 吸附 纳米技术 化学工程 复合数 相变 光热治疗 太阳能 相(物质) 热的 热脱附 制氢 含水量 饮用水净化 分解水 低临界溶液温度 接口(物质)
作者
Jiawei Liang,Deqi Fan,Chengkun Cai,Ziyi Su,Yi Lu
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:36 (11) 被引量:14
标识
DOI:10.1002/adfm.202518960
摘要

Abstract Atmospheric water harvesting (AWH) addresses freshwater scarcity, but most sorbents struggle with trade–offs between high moisture uptake, rapid desorption and low–energy regeneration. Herein, a multiscale composite is developed, integrating vertically aligned delignified wood (DW) microchannels, microporous MOF‐801 domains, and a thermoresponsive poly (N‐isopropylacrylamide)–MXene (PNIPAM–MXene) interface via interfacial synergy. The PNIPAM–MXene interface works dually, MXene’s high photothermal efficiency raises local temperature under solar light to trigger PNIPAM’s entropy–driven phase transition. This synergy switches wettability from hydrophilic to hydrophobic for water release, breaks water–matrix hydrogen bonds, and reduces desorption activation energy by ~19%. Under humid conditions, the composite has a water uptake of 0.82 g·g −1 , and releases ~93.9% of absorbed water under simulated solar irradiation. Molecular simulations confirm PNIPAM’s entropy–driven transition disrupts interfacial hydrogen bonds, promoting confined water expulsion. This strategy enables low–energy solar–driven AWH, with scalable potential for off–grid water production in arid regions, offering insights for designing multifunctional sorbents bridging high capacity and easy regeneration.
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